專利名稱：用于估計數(shù)據(jù)比特率的方法和接收機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于估計接收的數(shù)據(jù)信號的比特率的方法和接收機。這樣的接收機典型地是被使用于諸如自動水表計量應用的遙測模塊的接收機部分。
在進一步改進的系統(tǒng)中，該協(xié)議可包括有不同比特率的、到不同接收單元的傳輸。所以，這些單元中的每個單元如果一旦檢測到存在通過空中的信號，就通過例如檢驗該信號是否是它期待的比特率而也能夠快速地確定這個特定的發(fā)送是否打算給它，則可以進一步節(jié)省電池功率。這可以通過提供比特率檢測器而完成，比特率檢測器將提供對消息比特率的快速和精確地估值，而避免必須喚醒最消耗功率的接收機的解碼部件。實際上，一種替代的較慢的方法是喚醒整個接收機、解碼該消息的地址部分以及比較它與該單元的已知地址。
美國專利技術說明5,790,946揭示了包括兩部分接收機的通信設備，該兩個部分的第一部分是喚醒接收機，以及該兩個部分的第二部分是主接收機，它響應于喚醒接收機首先檢測到正確的頻率和其次檢測到正確的數(shù)據(jù)速率而被激活。
WO99/25051揭示了對遙測系統(tǒng)具有特定的應用的系統(tǒng)，其中中央站將喚醒呼叫作為包括幾個部分的序列發(fā)送，每個部分的前導是獨特的同步碼字，表示該部分在序列中的位置。如果接收機不能檢測這些部分中的一個部分，則它在喚醒時間間隔的其余時間和下一個隨后的休眠時間間隔內(nèi)斷電。
盡管有這些已知的方法，但仍舊希望加速估計正確的比特率，這樣，可以增進電池節(jié)省。
按照本發(fā)明的第一方面，提供了估計恢復的數(shù)據(jù)信號的比特率的方法，包括把該恢復的數(shù)據(jù)信號劃分成多個窗，以及根據(jù)恢復的數(shù)據(jù)信號窗的短的積累使用對預期數(shù)據(jù)的已知統(tǒng)計來分析該數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的第一方面提供檢測具有至少兩個可選的比特率之一的數(shù)據(jù)信號的存在的方法，該方法包括把該數(shù)字調(diào)制的信號差分譯碼成重復采樣(oversample)的復數(shù)信號，形成接連的樣本組的游動和(running sum)，確定游動和是否代表與干擾相反的信號，如果游動和代表一個信號，則確定該游動和的正負號，根據(jù)正負號是正的還是負的而分配兩個二進制數(shù)值中的一個數(shù)值，把接連的二進制數(shù)值存儲在移位寄存器中，把該移位寄存器的內(nèi)容和和與該至少兩個可選的比特率之一相關的門限值進行比較，以及如果超過門限值，則作出結論該數(shù)據(jù)信號具有所述的一個比特率，但如果沒有超過的話，則用與其它的或另一個比特率有關的門限值重復該方法。
按照本發(fā)明的第二方面，提供了一種接收機，包括用于接收和恢復數(shù)據(jù)信號的裝置，用于把恢復的數(shù)據(jù)信號劃分成多個窗的裝置，以及用于根據(jù)恢復的數(shù)據(jù)信號窗的短的積累使用對預期數(shù)據(jù)的已知統(tǒng)計來分析該數(shù)據(jù)的裝置。
本發(fā)明的第二方面提供了一種接收機，包括用于接收數(shù)據(jù)信號的裝置，用于把該數(shù)據(jù)信號形成為重復采樣的差分譯碼復數(shù)信號的裝置，用于形成接連的樣本組的游動和的裝置，用于確定該游動和是否代表與干擾相反的信號，以及響應于確定游動和代表一個信號而用于確定該游動和的正負號的裝置，用于根據(jù)該正負號是正的還是負的來分配兩個二進制數(shù)值中的一個數(shù)值的裝置，用于存儲接連的二進制數(shù)值的移位寄存器，以及用于把移位寄存器的內(nèi)容和與該至少兩個可選的比特率之一相關的門限值進行比較的比較裝置，該比較裝置具有一個輸出用于代表已被檢測的比特率的信號。
本發(fā)明是基于簡單的算法，使用差分譯碼信號的統(tǒng)計法來檢測數(shù)據(jù)是以哪個比特率被接收的。它能夠從簡單的未同步的數(shù)據(jù)中區(qū)分開其比特率互相是比如說2的倍數(shù)的信號，例如1200bits/s，2400bits/s和4800bits/s等。使用按照本發(fā)明的方法而進行的比特率估值可以實時地對實際數(shù)據(jù)完成。按照本發(fā)明的方法使得接收機能夠更快速地確定接收信號是否因為它的數(shù)據(jù)速率不同而不可能預定給它，這比起譯碼一個地址和把它與該單元的已知的地址進行比較可以快到10倍。特別是，在包括以不同的比特率運行的接收單元的系統(tǒng)中，這個方法將提供電池壽命的很大的節(jié)省，這是由于保持關斷譯碼單元以及由于檢測比特率所需要的時間，該時間小于為了譯碼該消息和從中提取地址所需要的時間。
在圖上，相同的參考數(shù)字被使用來表示相應的特性。
實現(xiàn)本發(fā)明的模式

圖1所示的接收機可以是獨立的接收機或是在遙測模塊中實施的收發(fā)信機的接收機部分。為了方便起見，這兩種裝置都將被描述為接收機。
接收機按照電池節(jié)約協(xié)議運行，由此，它周期地從休眠模式被喚醒，其中只有對于在它的休眠狀態(tài)中保持接收機功能是必要的那些接收機部件被供電。
天線10被耦合到信號分路器12，它把輸入信號提供到混頻器16，17的第一輸入端14，15。本地振蕩器18被耦合到混頻器16的第二輸入端20，以及通過正交相位移相器22被耦合到混頻器17的第二輸入端21。本地振蕩器18的頻率被選擇為把在天線10處接收的信號下變頻到零IF或低的IF。來自混頻器16的輸出被稱為同相信號I(t)以及來自混頻器17的輸出被稱為正交相位信號Q(t)。
同相和正交相位信號I(t)和Q(t)分別在低通濾波器24，25和模擬-數(shù)字變換器(ADC)26，27中被濾波和被數(shù)字化。
ADC 26，27對信號I(t)和Q(t)進行重復采樣，以及樣本被加到差分譯碼器28。例如，如果數(shù)據(jù)速率是150bits/s，以及采樣頻率是76.8kHz，則重復采樣速率是每比特512個樣本，如果數(shù)據(jù)速率是1200bits/s，則對于該采樣頻率，重復采樣速率是每比特64個樣本，以及對于數(shù)據(jù)速率4800bits/s是每比特16個樣本。差分譯碼器28具有已知的設計，它包括復數(shù)信號組合器30，具有通過延時級31和復共軛級32被耦合到乘法器34的第一輸入端的第一輸出端和直接被耦合到乘法器34的第二輸入端的第二輸出端。乘法器34的輸出被加到復數(shù)實部和虛部級36，它以重復采樣的比特率同時提供實部輸出Re和虛部輸出Im。
現(xiàn)在暫參照圖2，為了確定比特率，必須能夠區(qū)分信號和噪聲。在2-FSK調(diào)制傳輸?shù)那樾蜗?，使用對于解調(diào)的數(shù)字信號預期的星座圖上可提供的信息。如圖2所示，譯碼的信號的星座整個地位于虛部分支Im上。所以，合并在實通道Re上登記的類似于純噪聲的數(shù)據(jù)就2-FSK而言是沒有好處的。通過忽略來自實通道的貢獻，檢測過程的速度相對于已知的方法被增加。對于多級調(diào)制方案，必須包括來自實部(Re)和虛部(Im)輸出的貢獻。
回過來參照圖1，重復采樣的虛部輸出Im被提供給游動和計數(shù)器38，它的輸出被耦合到通常開路的開關40。計數(shù)器42計數(shù)32個樣本，以及在第32個計數(shù)時，它產(chǎn)生一個輸出，這個輸出被首先提供給開關40的控制輸入端44，使得它閉合，把游動和計數(shù)值傳送到輸出端41，其次傳送到計數(shù)器38的復位輸入端46，把計數(shù)值復位到零。
在簡化的實施例中，在輸出端41上的信號A被直接提供到比特率檢測器電路58的輸入端。比特率電路58的實施例在圖5上顯示，在后面描述。
在不太簡化的實施例中，它力圖確保被處理的信號是真正信號，而不是簡單的局部噪聲，該信號被加權。為了加權該信號，在開關的輸出端41處被采樣的游動和A被加到絕對值級48，它產(chǎn)生絕對值計數(shù)Xi。來自級48的絕對值計數(shù)Xi被供給比較器50。四個門限值tr1到tr4被提供給比較器50的各個輸入端，比較器50對于該條件分別具有五個輸出Xi＞tr1；tr2＜Xi＜tr1；tr3＜Xi＜tr2；tr4＜Xi＜tr3和Xi＜tr4。加權值選擇級54具有被耦合到比較器50的五個輸出端中每個輸出端的輸入端，以及響應于五個輸出端的哪個輸出端是活動的而選擇加權值Wi，并且把它提供給乘法級52。信號A也被提供給級52。
乘積S＝A*Wi被提供給比特率電路58的另一個輸入端60。
參照圖3，圖上顯示在計數(shù)32個樣本后來自計數(shù)器38的游動和計數(shù)的數(shù)值的直方圖。計數(shù)值將在0和32之間變化。噪聲計數(shù)值的分布，也就是，在空中只存在噪聲時的計數(shù)，以短的虛線表示，以及實黑線表示信號計數(shù)值的分布。
通過提前獲知，在一個信號的情形下計數(shù)器38的預期的數(shù)值將與在噪聲的情形下的預期計數(shù)值非常不同(且通常是更高)。這個信息被使用來按照分配給它們的可信度而加權不同測量的結果是有利的。
圖4顯示通常的情形的例子，其中數(shù)據(jù)D被這樣重復采樣，以使得典型的數(shù)據(jù)周期將是n個樣本長，以及這個數(shù)據(jù)周期被劃分成m個接連的樣本的組或窗WS，其中m＜n。在本示例中，比特率是150bits/s而重復采樣頻率是76.8kHz，n＝每比特512個樣本而m＝32個樣本。在圖1所示的實施例中，每個m個樣本的窗被認為是與以前的和以后的窗無關的，這允許短的歷史貢獻。對于每個m個樣本的組的計數(shù)器數(shù)值將處在0和m之間。這個數(shù)目按照在圖3所示的直方圖中的數(shù)據(jù)分布被加權。在圖3上，得出大于在32中15的相關數(shù)值將給出大的概率這是由于信號而不是噪聲。所以，這個信息可被比來自計數(shù)器值10的信息更高地加權。因此，圖1上tr1到tr4的數(shù)值規(guī)定在計數(shù)值中的各個中斷點，以及加權值W1到W5(圖3)根據(jù)所選擇的可信度被分配給各個帶。
除剛描述的方法以外可使用加權的其它方法。作為通用規(guī)則，加權值Wi＝f(相關值)，其中該函數(shù)可以是在諸如只有噪聲或不同的信號功率電平的預定條件下，按照計數(shù)器值的分布知識被適當?shù)卦O計的、任何適當?shù)木€性或非線性函數(shù)。
參照圖5，比特率電路58可以交替地接受在輸入端56處的信號A和在輸入端60處的加權信號S。
首先考慮較簡單的方法，信號A包括6比特，以及在級62中，選擇最高有效位(msb)，并把它加到比較器66的一個輸入端64。一個門限值被加到第二輸入端68。如果該msb大于該門限值，則它被視為信號，與噪聲相反，以及輸出被提供到級70，它作出判決樣本是可接受的。替換地，如果msb小于該門限值，則樣本在輸出端72處被放出。
在級74處，確定信號A是否為正。如果A是正的，則級74在線路76上產(chǎn)生一個輸出，表示數(shù)值“1”應當通過緩沖級80被輸入到移位寄存器82。如果信號A不是正的，也就是，它是負的，則級74在線路78上產(chǎn)生一個輸出，表示數(shù)值“0”應當被輸入到移位寄存器82。該移位寄存器82是I比特長，其中I典型地是16。
操作就對于以移位寄存器82的最大的n/m二進制數(shù)值產(chǎn)生的所有的窗重復進行。在處理過程結束時，級84計數(shù)零或一的數(shù)目，確定它們是否為可識別的組合。計數(shù)的結果被加到判決級88的一個輸入端86，固定的門限值k被加到第二輸入端90。k的數(shù)值對于被調(diào)查的比特率被設置。如果輸入端86的計數(shù)值等于或大于當前的ki數(shù)值，則在線路92上提供一個輸出，表示檢測的比特率。在計數(shù)值小于ki的情形下，在線路94上提供一個輸出。然后，新的搜索從被調(diào)整的即被減小的ki開始以相應于下一個更高的比特率。
在加權的信號S被提供給比特率電路58的情形下，它被加到比較器66，在其中把它與加到輸入端68的門限值進行比較。如果樣本被接受，則在級74，作出有關S是否為正的判決。此后，比特率估值遵循已經(jīng)描述的處理過程。
在實施比特率檢測中，必須從最長的時間間隔(即，較慢的比特率)開始搜索，以及如果用于檢測前一速率的準則不滿足，則進行到下一較慢的速率。所以，搜索將總是至少與對于最慢的速率所必須的搜索一樣長。
例如，在具有150bit/s，1200bit/s，和4800bit/s的系統(tǒng)中，這意味著檢測4800bit/s，將無論如何總是需要以150bit/s的2個數(shù)據(jù)周期(1024樣本)。所以，在1024個樣本以前(相應于4800bit/s的64個數(shù)據(jù)周期)將不可能有響應，即，無論如何至少必須13.3ms。在速率上有很大差異的情形下，諸如在上例中，不同的策略可能是更有效的。
如果搜索過程的開始與數(shù)據(jù)比特的開始不同步，則二者將不一致，在最壞的情形下，它們互相間隔半個比特，在這個最壞的情形下，在左側的相鄰的n/2樣本(在150bits/s時是256)和在右側的相鄰的n/2樣本被考慮，這是通過檢驗從-n/2到結尾+n/2的n個接連樣本的所有可能組合，以及只把得到的數(shù)值的最大值傳送到判決級88。
為了得到這些數(shù)據(jù)，必須把寄存器移位所需要的比特數(shù)目(它的長度的一半)，允許一個新的樣本在每次移位時進入。
這將使得系統(tǒng)在估值開始延時半個比特的最壞情形下也能工作，但需要每個比特率以至少二的因子來區(qū)分。
當然，如果同步由任何其它裝置或算法給出，則該系統(tǒng)可避免最后的計算，以及也能區(qū)分比特率的更小的差別。
雖然本發(fā)明的實施例是參照2-FSK調(diào)制描述的，但本發(fā)明的教導可被應用于其中必須使用實部輸出Re和虛部輸出Im的更高級別的調(diào)制。
在本說明書和權利要求中，在單元前面的詞“一個”并不排除存在多個這樣的單元。而且，詞“包括”并不排除所列出的以外的其它單元或步驟的存在。
通過閱讀本揭示內(nèi)容，其它的修改對于本領域技術人員是顯而易見的。這樣的修改可能涉及在具有比特率檢測器級的接收機及其部件的設計、制造和使用方面已知的其它的特性，以及它們可以代替或加于這里已描述的特性之上而被使用。
工業(yè)實用性在數(shù)據(jù)通信設備等中的比特率估值。
權利要求
1.一種估計恢復的數(shù)據(jù)信號的比特率的方法，包括把該恢復的數(shù)據(jù)信號劃分成多個窗，以及根據(jù)該恢復的數(shù)據(jù)信號窗的短的積累使用對預期數(shù)據(jù)的已知統(tǒng)計來分析該數(shù)據(jù)。
2.一種檢測具有至少兩個可選的比特率之一的數(shù)據(jù)信號的存在的方法，該方法包括把該數(shù)字調(diào)制的信號差分譯碼成重復采樣的復數(shù)信號，形成接連的樣本組的游動和，確定該游動和是否代表與干擾相反的信號，如果游動和代表一個信號，則確定該游動和的正負號，根據(jù)該正負號是正的還是負的而分配兩個二進制數(shù)值中的一個數(shù)值，把接連的二進制數(shù)值存儲在移位寄存器中，把該移位寄存器的內(nèi)容和與該至少兩個可選的比特率之一相關的門限值進行比較，以及如果超過門限值，則作出結論該數(shù)據(jù)信號具有所述的一個比特率，但如果沒有超過的話，則用與其它的或另一個比特率有關的門限值重復該方法。
3.如權利要求2中要求的方法，其特征在于，通過把最高有效位與另一個門限值進行比較來確定游動和的性質(zhì)，以及如果該門限值被超過則把該游動和視為代表一個信號。
4.如權利要求2中要求的方法，其特征在于，以對信號存在有利的方式加權游動和。
5.如權利要求4中要求的方法，其特征在于，游動和是通過得到接連的游動和的絕對值，把該絕對值與多個不同幅度的門限值進行比較而被加權的，在接連幅度的門限值之間的差值組成具有被分配給它的加權值的窗，以及該游動和被乘上所確定的加權值。
6.如權利要求2到5的任一項中要求的方法，其中數(shù)據(jù)信號包括2-FSK信號，其特征在于，包含差分譯碼的虛部值的星座被使用來形成游動和。
7.一種接收機，包括用于接收和恢復數(shù)據(jù)信號的裝置，把該恢復的數(shù)據(jù)信號劃分成多個窗的裝置，以及用于根據(jù)該恢復的數(shù)據(jù)信號窗的短的積累使用對預期數(shù)據(jù)的已知統(tǒng)計來分析該數(shù)據(jù)的裝置。
8.一種接收機，包括用于接收數(shù)據(jù)信號的裝置，用于把該數(shù)據(jù)信號形成為重復采樣的差分譯碼復數(shù)信號的裝置，用于形成接連的樣本組的游動和的裝置，用于確定該游動和是否代表與干擾相反的信號以及響應確定該游動和代表一個信號而用于確定該游動和的正負號的裝置，用于根據(jù)該正負號是正的還是負的來分配兩個二進制數(shù)值中的一個數(shù)值的裝置，用于存儲接連的二進制數(shù)值的移位寄存器，以及用于把該移位寄存器的內(nèi)容和與該至少兩個可選的比特率之一相關的門限值進行比較的比較裝置，該比較裝置具有一個輸出用于代表已被檢測的比特率的信號。
9.如權利要求8中要求的接收機，其特征在于，用于確定游動和的性質(zhì)的裝置包括比較器，該比較器具有用于該游動和的最高有效位的第一輸入端，用于另一個門限值的第二輸入端，以及用于有關游動和代表可接受信號的判決的輸出端。
10.如權利要求8中要求的接收機，其特征在于，用于按照預期結果的已知統(tǒng)計進一步加權該和值的裝置。
11.如權利要求8中要求的接收機，其特征在于，用于以對信號存在有利的方式加權該游動和的裝置。
12.如權利要求11中要求的接收機，其特征在于，用于加權游動和的裝置包括用于得到接連的游動和的絕對值的裝置，用于得到多個不同幅度的門限值的裝置，用于把該絕對值與多個不同幅度的門限值進行比較的比較器，在接連幅度的門限值之間的差值組成具有被分配給它的加權值的窗，以及用于把該游動和乘上所確定的加權值的乘法裝置。
13.如權利要求8到12的任一項中要求的接收機，其特征在于，當數(shù)據(jù)信號包括2-FSK信號時，提供一個裝置，用于把包含差分譯碼的虛部值的星座提供到用于形成游動和的裝置。
全文摘要
用于檢測具有至少兩個可選比特率之一的數(shù)據(jù)信號的傳輸速度的比特率檢測器,包括差分譯碼器(28),用于把接收的數(shù)字調(diào)制的信號差分譯碼為重復采樣的復數(shù)信號,相加級(38,40,和42),用于形成接連的樣本組的游動和,以及比特率檢測器(58)。比特率檢測器(58)具有用于確定游動和是否代表與干擾相反的信號的級(62,66(圖5)),以及如果游動和代表信號,則確定該游動和的正負號,還具有用于根據(jù)該正負號是正的還是負的而分配兩個二進制值之一的級(74(圖5)),用于存儲接連的二進制值的移位寄存器(82(圖5)),用于比較該移位寄存器的內(nèi)容和與該至少兩個可選的比特率之一相關的門限值的比較器(88(圖5)),以及如果門限值被超過,則得出結論,數(shù)據(jù)信號是以所述的一個比特率,但如果不是的話,則以與其它的或另一個比特率有關的門限值重復該方法。
文檔編號H04L7/00GK1381122SQ01801542
公開日2002年11月20日 申請日期2001年5月8日 優(yōu)先權日2000年5月31日
發(fā)明者D·G·波爾齊諾 申請人:皇家菲利浦電子有限公司